L’influence antique massive associée aux différences entre les côtés proche et lointain de la lune

De nouvelles recherches montrent comment l’impact du bassin Pôle Sud-Aitken de la Lune est lié au contraste saisissant de composition et d’apparence entre les deux côtés de la Lune.

Le visage que la Lune montre à la Terre est très différent de celui qu’elle cache sur sa face cachée. Le côté proche est dominé par les Perses lunaires – les vastes restes de couleur sombre d’anciennes coulées de lave. D’autre part, la face cachée remplie de cratères est pratiquement dépourvue de caractéristiques marines étendues. La raison de la grande différence entre les deux côtés est l’un des mystères les plus persistants de la lune.

Maintenant, les chercheurs ont une nouvelle explication pour la lune à deux faces – une explication liée à un impact géant il y a des milliards d’années près du pôle sud de la lune.

Une nouvelle étude publiée dans Science Advances montre que l’impact qui a formé le bassin géant Pôle Sud-Aitken (SPA) de la lune aurait créé un énorme panache de chaleur se propageant à l’intérieur de la lune. Ce panache aurait contenu certains matériaux – une combinaison de terres rares et d’éléments producteurs de chaleur – ainsi que la lune à proximité. Cette concentration d’éléments pourrait avoir contribué à l’activité volcanique qui a conduit à la création des plaines volcaniques voisines.

De vastes dépôts volcaniques dominent la face proche de la Lune (à gauche), tandis que la face cachée (à droite) en contient beaucoup moins. La raison de la grande différence entre les deux côtés est le mystère de la lune perpétuelle. Crédit : Université Brown

« Nous savons que de gros impacts comme celui qui a façonné le SPA créeront beaucoup de chaleur », a déclaré Matt Jones, Ph.D. Candidat à l’Université Brown et auteur principal de l’étude. La question est de savoir comment cette température affecte la dynamique interne de la Lune. Ce que nous montrons, c’est que dans toutes les conditions raisonnables au moment où le SPA se forme, il finit par concentrer ces éléments producteurs de chaleur sur le côté proche. Nous supposons que cela a contribué à la fonte du manteau qui a conduit aux coulées de lave que nous voyons à la surface. « 

L’étude était une collaboration entre Jones et son conseiller, Alexander Evans, professeur adjoint à l’Université Brown, ainsi que des chercheurs de l’Université Purdue, du Lunar and Planetary Science Laboratory en Arizona, de l’Université de Stanford et[{ » attribute= » »>NASA’s Jet Propulsion Laboratory.

A new study reveals that an ancient collision on the Moon’s south pole changed patterns of convection in the lunar mantle, concentrating a suite of heat-producing elements on the nearside. Those elements played a role in creating the vast lunar mare visible from Earth. Credit: Matt Jones

The differences between the near and far sides of the Moon were first revealed in the 1960s by the Soviet Luna missions and the U.S. Apollo program. While the differences in volcanic deposits are plain to see, future missions would reveal differences in the geochemical composition as well. The nearside is home to a compositional anomaly known as the Procellarum KREEP terrane (PKT) — a concentration of potassium (K), rare earth elements (REE), phosphorus (P), along with heat-producing elements like thorium. KREEP seems to be concentrated in and around Oceanus Procellarum, the largest of the nearside volcanic plains, but is sparse elsewhere on the Moon.

Some scientists have suspected a connection between the PKT and the nearside lava flows, but the question of why that suite of elements was concentrated on the nearside remained. This new study provides an explanation that is connected to the South Pole–Aitken basin, the second largest known impact crater in the solar system.

For the study, the researchers conducted computer simulations of how heat generated by a giant impact would alter patterns of convection in the Moon’s interior, and how that might redistribute KREEP material in the lunar mantle. KREEP is thought to represent the last part of the mantle to solidify after the Moon’s formation. As such, it likely formed the outermost layer of mantle, just beneath the lunar crust. Models of the lunar interior suggest that it should have been more or less evenly distributed beneath the surface. But this new model shows that the uniform distribution would be disrupted by the heat plume from the SPA impact.

According to the model, the KREEP material would have ridden the wave of heat emanating from the SPA impact zone like a surfer. As the heat plume spread beneath the Moon’s crust, that material was eventually delivered en masse to the nearside. The team ran simulations for a number of different impact scenarios, from dead-on hit to a glancing blow. While each produced differing heat patterns and mobilized KREEP to varying degrees, all created KREEP concentrations on the nearside, consistent with the PKT anomaly.

The researchers say the work provides a credible explanation for one of the Moon’s most enduring mysteries.

“How the PKT formed is arguably the most significant open question in lunar science,” Jones said. “And the South Pole–Aitken impact is one of the most significant events in lunar history. This work brings those two things together, and I think our results are really exciting.”

Refernece: “A South Pole–Aitken impact origin of the lunar compositional asymmetry” by Matt J. Jones, Alexander J. Evans, Brandon C. Johnson, Matthew B. Weller, Jeffrey C. Andrews-Hanna, Sonia M. Tikoo and James T. Kean, 8 April 2022, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.abm8475